package com.stone.algorithm.sort;

import java.util.Arrays;

/**
 * 基数排序可以说是扩展了的桶式排序，比如当待排序列在一个很大的范围内，比如0到999999内，
 * 那么用桶式排序是很浪费空间的。而基数排序把每个排序码拆成由d个排序码，
 * 比如任何一个6位数（不满六位前面补0）拆成6个排序码，分别是个位的，十位的，百位的。。。。
排序时，分6次完成，每次按第i个排序码来排。
一般有两种方式:
1) 高位优先(MSD)： 从高位到低位依次对序列排序
2）低位优先(LSD)： 从低位到高位依次对序列排序
计算机一般采用低位优先法（人类一般使用高位优先），但是采用低位优先时要确保排序算法的稳定性。
基数排序借助桶式排序，每次按第N位排序时，采用桶式排序。对于如何安排每次落入同一个桶中的数据
有两种安排方法：
1）顺序存储：每次使用桶式排序，放入r个桶中，，相同时增加计数。
2）链式存储：每个桶通过一个静态队列来跟踪。
 * @author yovn
 *
 */
public class RadixSorter {
    
    public static boolean USE_LINK=true;
    
    /**
     * 
     * @param keys
     * @param from
     * @param len
     * @param radix  key's radix
     * @param d      how many sub keys should one key divide to
     */
    public void sort(int[] keys,int from ,int len,int radix, int d)
    {
        if(USE_LINK)
        {
            link_radix_sort(keys,from,len,radix,d);
        }
        else
        {
            array_radix_sort(keys,from,len,radix,d);
        }
        
    }
    
    
    private final void array_radix_sort(int[] keys, int from, int len, int radix,
            int d) 
    {
        int[] temporary=new int[len];
        int[] count=new int[radix];
        int R=1;
        
        for(int i=0;i<d;i++)
        {
            System.arraycopy(keys, from, temporary, 0, len);
            Arrays.fill(count, 0);
            for(int k=0;k<len;k++)
            {
                int subkey=(temporary[k]/R)%radix;
                count[subkey]++;
            }
            for(int j=1;j<radix;j++)
            {
                count[j]=count[j]+count[j-1];
            }
            for(int m=len-1;m>=0;m--)
            {
                int subkey=(temporary[m]/R)%radix;
                --count[subkey];
                keys[from+count[subkey]]=temporary[m];
            }
            R*=radix;
        }
           
    }


    private static class LinkQueue
    {
        int head=-1;
        int tail=-1;
    }
    private final void link_radix_sort(int[] keys, int from, int len, int radix, int d) {
        
        int[] nexts=new int[len];
        
        LinkQueue[] queues=new LinkQueue[radix];
        for(int i=0;i<radix;i++)
        {
            queues[i]=new LinkQueue();
        }
        for(int i=0;i<len-1;i++)
        {
            nexts[i]=i+1;
        }
        nexts[len-1]=-1;
        
        int first=0;
        for(int i=0;i<d;i++)
        {
            link_radix_sort_distribute(keys,from,len,radix,i,nexts,queues,first);
            first=link_radix_sort_collect(keys,from,len,radix,i,nexts,queues);
        }
        int[] tmps=new int[len];
        int k=0;
        while(first!=-1)
        {
        
            tmps[k++]=keys[from+first];
            first=nexts[first];
        }
        System.arraycopy(tmps, 0, keys, from, len);
        
        
    }
    private final void link_radix_sort_distribute(int[] keys, int from, int len,
            int radix, int d, int[] nexts, LinkQueue[] queues,int first) {
        
        for(int i=0;i<radix;i++)queues[i].head=queues[i].tail=-1;
        while(first!=-1)
        {
            int val=keys[from+first];
            for(int j=0;j<d;j++)val/=radix;
            val=val%radix;
            if(queues[val].head==-1)
            {
                queues[val].head=first;
            }
            else 
            {
                nexts[queues[val].tail]=first;
                
            }
            queues[val].tail=first;
            first=nexts[first];
        }
        
    }
    private int link_radix_sort_collect(int[] keys, int from, int len,
            int radix, int d, int[] nexts, LinkQueue[] queues) {
        int first=0;
        int last=0;
        int fromQueue=0;
        for(;(fromQueue<radix-1)&&(queues[fromQueue].head==-1);fromQueue++);
        first=queues[fromQueue].head;
        last=queues[fromQueue].tail;
        
        while(fromQueue<radix-1&&queues[fromQueue].head!=-1)
        {
            fromQueue+=1;
            for(;(fromQueue<radix-1)&&(queues[fromQueue].head==-1);fromQueue++);
            
            nexts[last]=queues[fromQueue].head;
            last=queues[fromQueue].tail;
            
        }
        if(last!=-1)nexts[last]=-1;
        return first;
    }
    
    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        int[] a={1,4,8,3,2,9,5,0,7,6,9,10,9,135,14,15,11,222222222,1111111111,12,17,45,16};
        USE_LINK=true;
        RadixSorter sorter=new RadixSorter();
        sorter.sort(a,0,a.length,10,10);
        for(int i=0;i<a.length;i++)
        {
            System.out.print(a[i]+",");
        }


    }

}

